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石化行业降碳面临三大难题
难题1：炼油领域碳排放量最大
经过多年发展，我国已稳居世界第一大化学品生产国和第二大石化产品生产国。“双碳”目标下，我国资源能源环境和碳排放约束日益趋紧，石化行业碳减排任务十分艰巨。
具体来看，生产过程中，燃料燃烧及电力和热力供应是石化生产中碳排放量最大的环节，占比高达66.1%，其次是占比为33.9%的工业生产过程。
从产品角度看，炼油、乙烯、聚乙烯、聚丙烯、对二甲苯、PTA、乙二醇、聚酯等八大重点子行业产生的碳排放量最大。
2021年，八大重点子行业碳排放量占全行业碳排放量的76.6%，其中炼油行业排放量最大，占总排放量的51.3%。
根据石化行业目前的发展趋势、碳排放现状等，北京大学能源研究院发布了《中国石化行业碳达峰碳减排路径研究报告》，设定了“基准情景”和“碳减排情景”。
“基准情景”下，我国石化行业预计将于2035年实现碳排放达峰，峰值在6亿吨左右。借助碳减排措施，在“碳减排情景”下预计可于2025-2030年期间达峰，峰值不超过5亿吨。
难题2：产能过剩与产能扩张矛盾仍存
值得注意的是，面对排放约束日趋收紧的局面，我国石化产能近年来仍在快速扩张，产能过剩和产能扩张矛盾显著。
中石化节能技术服务有限公司高级工程师田涛认为，这种矛盾实际上是我国经济发展中新旧动能转换的重要体现之一。
“解决上述问题，一方面，要调整产业结构，加快淘汰落后产能，尤其是在解决好就业的情况下，关停并转一些小规模炼厂，释放更多产能空间。另一方面，由于石化产品种类较多，而且下游部分原材料的供给仍然不足，因此大力实施‘油转化’‘油转特’，努力扩大下游产品出路，也是化解产能过剩的重要方法之一。”
近年来，国家已经逐步开始施行产业结构调整措施。在加快淘汰落后产能方面，按照《石化产业规划布局方案》促进炼油和石化行业大型化、一体化发展，计划在2025年前退出8000万吨/年炼油产能，通过整合现有产能、等量替换，建设更高水平的1亿吨/年的炼化一体化产能，到2025 年炼油产能控制在9.3 亿吨/年左右。
到2030年，通过进一步整合500万吨以下炼厂，炼油能力下降至9亿吨/年。在推进产品结构性调整方面，降低燃料油品比例，提高化工产品比例，化工轻油平均产率到2025年提高到25%，到2030年进一步提高到42%，到2060年达到约60%左右，适度利用进口资源等。
炼油产业作为提供道路交通燃料的重要行业，属于能源供给部门。因此，保持适度合理的过量产能，对于满足能源需求也是有利的。
难题3：技术创新亟待提速
除了推进炼油产业结构调整之外，应鼓励、推广低碳技术创新，及时更新《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南》，推广应用成熟节能降碳技术。鼓励先进技术研发，鼓励现有装置进行电气化改造，提高电气化程度，加强装备电气化与绿色能源、绿色氢能耦合利用技术应用，提高运行效率，降低装置能耗和排放。
未来，国家扩大内需和经济高质量发展将进一步为石油消费增加不确定性。尤其是在成品油消费领域，存在供给冲击、需求收缩、市场预期减弱等特点，因此，在道路交通能源领域，应结合电动汽车等先进产业技术，合理引导需求，通过技术革新降低油品价格，节约出行成本。
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石化行业主要碳中和技术路径
将石化行业碳中和技术路径分为碳减排、碳零排和碳负排。
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一、碳减排技术路径
1、源头绿色开发
石化行业源头绿色开发主要包括CO2压裂、CO2驱油和CO2水合物置换开采等技术，可实现碳减排并提高化石燃料产量。
CO2压裂技术
CO2压裂技术在非常规油气资源开发中的应用具有广阔的前景，特别适用于低压、低渗透、水敏性强的复杂岩层。当CO2注入地层时，可间接减少大气中的温室气体，实现“碳减排”。
2015年12月1日，油气勘探公司首口CO2增能压裂井-子12井压裂成功，具有良好的增产增能作用。大庆油田应用CO2压裂技术于部分油井开采进程中，有效提升了油井的增产能力。2020年，长庆油田首口页岩油水平井“无水压裂”试验成功。与常规水压裂技术相比，一口井可以节约用水1×104m3，同时减少CO2排放1.2×106m3。
CO2驱油技术：
CO2驱油技术在提高驱油效率的同时，使大量的CO2埋存地下，其存碳率达70%以上，把采出的CO2再回收，就可以实现100%的碳埋存。
CO2水合物置换开采技术：
天然气水合物传统生产技术，如热吞油和减压方法，通过分解天然气水合物层得到CH4。但上述技术可能会引起地质力学不稳定性和深海生态环境破坏。
2、 过程低碳利用
分子炼油技术：
分子炼油技术从分子尺度优化石油加工工艺，将原料定向转化为产物分子，副产物少，能实现轻质油品和化工原料的高值化生产。
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原油直接生产化学品技术：
原油直接生产化学品技术是以低价值的原油为原料直接制备轻烯烃（乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯）和芳烃等高价值的化学品，工艺具有流程短、能耗低、投资小和化学品收率高等优点。
3、减污降碳协同技术
石化行业“三废”排放量大、治理困难、技术匮乏。为实现碳减排目标，提出石化“三废”减污降碳协同技术，包括以物理法为核心的石化废水减污降碳协同技术、以回收利用为核心的石化固废和石化废气减污降碳协同技术，力争形成资源节约型、环境友好型的碳减排技术路线。
石化废水物理法为核心的减污降碳协同技术：
目前常用的石化废水处理技术包括物理分离、化学转化和生物降解技术等。其中，以物理法为核心的减污降碳协同技术，可减少治理过程中的碳足迹，实现石化废水的低碳处理及资源化回收。
石化固废减污降碳协同技术：
石化固废常使用焚烧、填埋处置，产生大量CO2和甲烷等温室气体。因而，将石化固废资源化或回收利用是未来石化行业“碳减排”发展方向。如石化企业产生的炉渣、灰渣可用于制造水泥建材。
石化废气减污降碳协同技术：
石化行业是VOCs排放的重点行业，油气废气VOCs包括苯系物和轻烃类等。VOCs回收技术主要回收轻质油品储存和装卸过程中的逸散烃类，回收后的VOCs可经过分离纯化等工序加以再利用，可避免催化氧化、蓄热氧化、热力焚烧等技术处理VOCs造成的大量CO2排放。
二、零碳技术路径
1、可再生能源和核能发电
在碳中和目标下，从传统以化石燃料为主的火力发电向可再生能源和核能发电转变，可减少CO2排放，减缓环境压力并满足当下的能源需求。例如，大庆油田已建成变电所300余座，采用光伏发电模式。截止到2021年，吉林油田建成15MW光伏发电项目，累计发电约6.4×107kW·h。
2、 绿氢
氢是一种“碳中性”的燃料，全球商用氢气96%源自化石燃料。但化石燃料制氢会加剧温室效应，而太阳能、风能、水力等可再生能源发电电解水制绿氢是石化行业“碳零排”重要技术路径，发展此技术路径需配置必要应急调峰发电能力和分布式电解水制氢能力。“绿氢”替代“灰氢”可有效降低CO2排放。
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据中国氢能联盟预测，2050年“绿氢”占氢气来源的70%，可减排CO2约7108t。表6为电解水制氢工艺中能量转换效率和CO2排放量。2010年，在江苏大丰建成了我国第一个产氢能力为120m3/d的风电电解水制氢项目。2021年3月9日，华能四川公司与彭州市政府合作，将建设2600m3/h（标准状况）水电解制氢站、高密度储氢设备和充氢站。
3、 废弃生物质制能源化学品
生物质是唯一一种可再生的有机碳源，可替代化石资源制备生物炭、燃气以及能源化学品。如以中国73%的秸秆为原料，该技术到2050年累计温室气体减排量可达8620Mt CO2-eq（Mt CO2-eq表示百万吨CO2当量）。
生物质最好的利用方式之一是制备大宗能源化学品。生物质可通过气化合成、热解、生物发酵、催化裂解等技术转化为生物柴油、生物质热解油和生物乙醇燃料等液体燃料，还可实现化学品如苯、甲苯、二甲苯等芳烃化合物的生产。
三、负排放技术路径
1、生物能源与碳捕获和存储技术（BECCS）
BECCS是一种“碳负排”技术，主要包括两方面：①生物质被转化为热、电和燃料等生物能源；②生物能源利用过程产生的CO2被捕获并存储在地质结构中或嵌入产品中。
2、CO2制燃料化学品
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CO2通过加氢可制备燃料和化学品，包括甲醇、碳氢化合物、二甲醚等多种产品，其中CO2来源于大气，氢来源于绿氢，是一种“碳负排”技术路径。
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